旧水泥砼路面加铺沥青砼面层反射裂缝的防治技术探讨

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  【摘 要】本文以洛阳市滨河北路为例,对旧水泥砼路面加铺沥青砼面层易产生反射裂缝的问题从作用机理、旧砼病害处治、裂缝的特殊处理、沥青砼加铺的技术控制等方面对反射裂缝的防治技术进行了有益的探索和总结,为旧路面的改造利用做了积极的尝试。
  【关键词】 水泥砼路面;反射裂缝;裂缝特殊处理;防治要点
  The old cement Mao road noodles add to spread the asphalt Mao noodles layer glintthe prevention and cure technique of the crack study
  
  Yuan Xiao-yan
  (Luoyang yituo engineering construction superintendency limited company Luoyang Henan 471000)
  【Abstract】This text with the Luo strand river in the sun City north road for example, to the old cement Mao road noodles add to spread the asphalt Mao noodles layer easy creation glint crack of the problem cure from the disadvantage of function mechanism, old Mao disease, crack of special processing, the asphalt Mao add the technique for spread control etc. to glint crack of prevention and cure the technique carried on beneficial of investigate and summary, for the reformation of the old road noodles make use of do aggressive of try.
  【Key words】The cement Mao road noodles;Glint crack;The crack special processing;Prevention and cure important point
  1. 前言
  水泥砼路面作为高级路面的一种主要结构形式,具有强度高、稳定性好、使用寿命长和养护费用较低等优点,但与沥青路面相比,水泥砼路面的修复比较困难,近年来道路工作者常采用加铺沥青砼面层的方法来修复水泥砼路面,该方法能有效地改善旧水泥砼路面的使用性能,充分利用旧水泥砼路面,具有造价低、施工方便、且对交通环境影响小,因此在国内外旧水泥砼路面改造工程中应用最多。但在水泥砼路面上加铺沥青砼面层普遍存在一个问题:环境与交通量因素的负效应常常使水泥砼路面原有裂缝等病害迅速扩散,使沥青砼加铺层受到反射裂缝及其产生的反射应力的影响,严重影响沥青加铺层的使用寿命。因此如何控制反射裂缝产生和扩散是我们必须解决的关键问题。
  2. 工程概况
  洛阳高新区滨河北路位于高新开发区,是连接洛阳市涧西区和高新区的一条重要枢纽干道,原路面结构为24cm厚的水泥砼路面、基层为30cm厚石灰土,由于高新区厂矿较多,重型车辆出入量大,水泥混凝土路面现状路面存在开裂、断板、沉陷、错台、破碎、板底脱空等较多病害,影响了道路的使用功能,面临着修复工作。
  该路面的设计方案是:1、对原路面无病害地段直接加铺9cm厚中粒式沥青混凝土;2、对原路面严重断裂、破碎及沉陷路段,将其24cm厚水泥混凝土口口路面板全部破除,并下挖15cm原灰土基层,以39cm水泥稳定碎石铺筑做为基层,然后加铺9cm厚中粒式沥青混凝土。施工前对旧路面弯沉进行了测定,以判断弯沉值是否满足要求。
  3. 作用机理
  反射裂缝是指下层混凝土板的接逢或裂缝,由于温度和湿度的不断变化与车辆荷载的反复作用,沥青混凝土加铺层处于复杂的三维应力作用的状态下。车辆通过不连续的板体时,沥青混凝土加铺层由于接缝、裂缝的两侧相邻板块产生了纵向的位移差而出现了较大的剪应力,它是产生反射裂缝的主要原因。
   沥青混凝土路面开裂的原因,可分为两大类,即荷载型裂缝和非荷载型裂缝。通常是由于旧水泥混凝土路面接缝、裂缝处的竖向和水平位移所致。竖向位移是接缝、裂缝两侧板面由于车辆荷载作用产生的垂直方向的相对位移。水平位移是由于温度或湿度变化引起的水泥混凝土板的胀缩产生的水平方向的位移。水泥混凝土板产生的水平位移,使沥青加铺层在接缝、裂缝处产生较大的拉应力,当拉应力超过沥青混凝土的抗拉强度时,即出现开裂。在温度、湿度应力和车辆荷载的综合作用下,裂缝不断向上发展,反射到加铺层表面。因此,需要对沥青混凝土面层反射裂缝进行综合防治。
  4. 旧水泥砼路面病害处理
  在进行加铺沥青砼面层之前对原有旧水泥砼路面病害进行认真彻底的调查处理,把水泥砼路面病害分成四类:严重破碎板、一般断板、脱空板块和其它形式的破坏,并分别处治。
  4.1 严重破碎板的修补。
  对已断裂成3块以上的严重破碎板,采用挖补方法对板体进行更换。将旧板破碎、运走,清扫基层;原道路基层设计为30cm灰土上24cm砼,考虑破除时有可能会扰动基层顶层的灰土,所以确定把原30cm灰土层顶层15cm一并清除,用39cm水泥稳定碎石(6%水泥含量)分两层压实。由于病害砼板块的最小尺寸为3.5×6米,施工时破碎机械尽量不用冲击锤,因其冲击力可能对周围板块造成扰动,并且基层有振动影响,我们用人工配合空压机;为了保证水泥稳定碎石基层的充分压实,组织落实了小型压实机具充足供应,如蛙式打夯机,坦克立夯和人工立夯。水稳层施工基层表面要平整,并具有一定的横坡坡度。板体更换时我们是注意了以下几点:
  4.1.1 破除后的清理要彻底,对于病害坑四周的清理由人工来清,监理工程师按照编号验收通过。
  4.1.2 行车道纵缝横内的传力杆钢筋,予以保留或恢复;横缝(胀缝或缩缝)中的拉杆钢筋也应保留;
  4.1.3 水泥稳定碎石施工时严格控制碎石的级配,并及时进行养生。
  4.2 一般断板的修补。
  为了降低施工成本,节约工期,对断裂情况较轻的病害板块,采用对裂缝开槽注胶的方法来处治。具体做法是:
  4.2.1 首先将裂缝用开槽机切割出宽2cm深1cm的工作槽。
  4.2.2 把工作槽内的杂物和粉尘清理干净。
  4.2.3 利用补缝器通过注胶嘴把补缝胶注入工作槽内黏结裂缝防止水渗入基层。
  4.3 脱空板块的处理。
  脱空板块较好的处理办法就是板底压浆。利用灰浆泵的压力将水泥浆液通过预先钻好的孔洞直接压入板下,填充板下出现的空洞。
  4.4 其他形式损坏。
  其他一些非结构性破坏,如表面起皮、露骨、剥落、麻面等,由于其只影响到原有路面行车舒适性,考虑旧混凝土路面做基层使用,这些形式的损坏对整个路面结构承载力和行车舒适性影响甚小,故而不予特殊处理。
  5. 裂缝的特殊处理
  5.1 切缝、灌封施工操作。
  首先对旧水泥砼路面的接缝采用新型改性沥青材料进行灌缝,通过与设计单位的反复讨论并查阅了大量的资料,对该施工程序做了尝试改进施工。具体方法是:
  用切割机在全线范围内每隔200米(利用旧水泥砼路面的横缝)横向切割100mm(宽)、80mm(深)一道槽,清理干净后采用新型改性沥青材料进行灌缝。采用这种方法,是为了尝试以下是否能够有效延缓反射裂缝的发生,这项工作做完后,我们对施工缝做了标注,以便于以后的观察统计。
  对于原有旧水泥砼路面的接缝处理,我们在施工程序上更细化了一些,具体是:
  5.2 清缝:对原有接缝进行清理,用铁爪子勾出缝内垃圾,缝深最少达到2-3CM,深度不够的地方用切割机加深。
  5.3 吹缝、灌缝:用吹风机对铁爪子勾过的缝再次清理,以防止灰尘的二次污染,随后立即灌缝,以有效防止路面水从路面渗入基层,保证基层有足够的强度和稳定性。该种灌缝材料采用新型改性沥青。在使用时必须由砼路面嵌缝机加热至300℃,然后通过砼路面嵌缝机注胶嘴把改性沥青注入接缝内。该种材料在高温下热稳定性好,低温下不易老化变脆,安全经济,又不会给环境造成污染,可以满足接缝灌缝的需要。
  6. 反射裂缝的防治技术要点
  目前国内外最普遍的防止反射裂缝的措施有铺设玻璃纤维土工格栅、铺贴烧毛土工布以及粘贴改性沥青油毛毡。玻璃纤维土工格栅的抗拉强度高,但其不能解决防水问题;改性沥青油毛毡在铺设时有一定难度,需要用喷火器熔融后压粘跨缝粘贴;土工布的抗拉强度相对较低,但综合性能好于前者,既能起到防止反射裂缝的作用,又能在浸渍沥青后形成一个理想的防渗透层,目前较常用这一方法。以下以烧毛土工布为例的防治技术:
  6.1 用人工清扫和用水清洗已处理好的旧水泥砼路面,保证路面无污染,杂物清除干净。
  6.2 喷洒粘层油。
  粘层油的用量将直接影响土工布防治反射裂缝的能力。用量过大,则会降低土工布表面的摩擦系数,车辆通过时易打滑,其与沥青加铺层的粘结力也将降低;用量过少,土工布与旧水泥混凝土路面和沥青加铺层将不能形成一个良好的整体,从而影响其缓解应力集中的效果。
  6.3 铺设土工布。
  土工布用人工铺设,铺设烧毛土工布应注意烧毛的一面朝上。待改性乳化沥青即将完全破乳时,将土工布横向、纵向拉展紧压在水泥砼路面上。铺设后安排工作人员及时检查、处理打皱和被轮胎粘起的土工布。
  在实际操作过程中,施工质量的好坏对今后土工布的使用效果有着很大影响。因此,加强质量监督、提高施工人员技术水平显得尤为重要。
  6.4 土工布的搭接。
  土工布横向搭接宽度为8~10cm,并根据摊铺方向,将后一幅端部压在前一幅的末端之下;纵向搭接宽度为4~5cm。纵向搭接和横向搭接处采用固定器固定。
  6.5 土工布施工注意事项。
  土工布铺设过程中,封闭交通,除施工车辆外,其他车辆只有在紧急情况下才允许在铺好的土工布上缓慢通过。施工过程中避免车辆在土工布上转弯或急刹车。禁止现场工作人员在铺好的土工布上吸烟或乱扔脏物,污染土工布。
  7. 沥青砼面层加铺的技术控制
  根据反射裂缝的机理,主要应从结构和材料两方面进行考虑。在加铺沥青砼之前,我们着重从结构上进行了处理。
  7.1 厚度:旧水泥混凝土路面上加铺沥青层是一种特殊的路面结构,其应力应变特性与一般弹性层状体系有较大的差别。由于接裂缝的存在,旧水泥混凝土路面作为基层的整体强度降低,车辆通过不连续的板体时,沥青混凝土加铺层中由于接裂缝两侧相邻板块产生竖向位移差,而出现较大的剪切应力,产生荷载型反射裂缝。另外,由于路面暴露在大气中,受气温周期性变化的影响,沥青加铺层和旧水泥混凝土面板都会膨胀,产生温度应力,沥青混凝土加铺层会因为与接缝对应处的拉应力过大而开裂,形成所谓的温度型反射裂缝。因此,沥青砼加铺层厚度是关键。目前已形成四种相对成熟的厚度设计和计算方法分别是:ARE(AnstinResarchEngineers)设计方法、美国沥青协会(AI)法、美国工程兵团和联邦航空局(FAA)法、AASHTO罩面设计方法。由这四种计算方法得出的滨河北路旧混凝土路面上加铺的沥青混凝土应控制在80~100mm之间。
  7.2 材料:材料中适当增加沥青用量,减小混合料空隙率,可延缓裂缝的扩展。设计采用应力吸收层,可用APP改性沥青油毡、铺设玻璃纤维格栅加强混凝土的抵抗差动位移(剪切强度)的能力。APP改性沥青油毡贴在旧水泥混凝土板上,有效地防止地表水通过旧水泥混凝土板缝下渗到土基,又能减少地下水通过旧混凝土板间接缝进入加铺层而浸湿加铺结构层材料,防止无机结合料处治的粒料层强度降低,延缓沥青混凝土面层出现剥落和松散。APP改性沥青油毡铺设在旧水泥混凝土板与加铺层之间,能起到应力吸收夹层的作用,并将反射裂缝应力由垂直方向转为水平方向,起到了消散水平应变和传递竖向荷载的作用,增强沥青混凝土的整体抗拉强度,延缓反射裂缝的产生。
  7.3 此外加强施工控制,保证在制备沥青混合料过程中不使沥青老化和加强碾压,使沥青混合料达到高的密实度,都有助于减少反射裂缝。
  8. 结束语
  由于目前国内对旧的水泥混凝土路面处理尚没有一条特别有效的办法,为了延长该条道路的使用年限,试着摸索着防治反射裂缝的新方法,该路去竣工通车一年多来,道路运行状况良好,得到业主和市民的一致好评。但也有几点有待在以后的道路建设中进一步研究:
  8.1 国内用于沥青砼路面加筋的材料种类较多,但有些指标不明确,测试方法和标准也不统一,急需制定出适合我国国情的产品规格、性能要求、测试方法标准。 
  8.2 采用加筋沥青混凝土路面能大大改善其结构性能,但改善的原因尚有待于进一步研究。 
  8.3 洛阳市滨河北路改造完成已近两年,从目前通车运行情况来看,效果较为理想,由于裂缝的发展需要一定的时间,对于抑制反射裂缝的最终效果尚有待今后作长期观察。
  
  参考文献
  
  [1] [1]土工合成材料应用技术规范(GB50290-98)[S].
  
  [文章编号]1619-2737(2010)03-23-40
  [作者简介]原晓燕(1969.5-),女,籍贯:河南省栾川县,本科学历,郑州大学公路与城市道路工程专业。现工作单位:洛阳一拖工程建设监理有限公司,职务:工程技术部经理,从2003年至今主要从事市政道路工程监理工作,一直担任项目总监。
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